维普资讯 http://www.cqvip.com 第３５卷第２１期 ２００７年１１月１日 继电器 ＲＥＬＡＹ Ｖｂｌ３５ ＮＯ．２１ ＮＯＶ．１，２００７ 基于分段完成低压母线故障的有选择性快速保护 曾院辉，刘丁，陶海泉，李磊 （深圳南瑞科技有限公司，广东深圳５１８０４０） 摘要：变电站内低压母线设置快速保护具有非常重要的意义，实现快速保护主要问题是区分母线故障和线路近区故障，对于 并列运行的低压母线还需区分故障母线和非故障母线。提出了一种新的在并列运行下区分故障母线和非故障母线的方法。通 过现场总线传送线路动作闭锁信息、分段的功率方向或电流矢量到变压器后备保护。后备保护通过线路动作闭锁信息区分母 线故障和线路故障，通过分段的功率方向或电流矢量区分故障母线和非故障母线，实现低压母线保护的快速性和选择性。经 过工程测试，通过该方法实现的低压母线保护动作快速、准确，具有工程应用价值。 关键词：微机保护； 低压母线； 现场总线 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ ｑｕｉｃｋ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｆａｕｌｔ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｒ ｆｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ ｂｕｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｅｃｔｉｏｎ ＺＥＮＧ Ｙｕａｎ—ｈｕｉ，ＬＩＵ Ｄｉｎｇ，ＴＡＯ Ｈａｉ－ｑｕａｎ，ＬＩ Ｌｅｉ （Ｓｈｅｎｚｈｅｎ Ｎａｒｉ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ ５ １ ８０４０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ ｓｅｔ－ｕｐ ｒａｐｉｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ ｂｕｓ ｈａｓ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ａｃｈｉｅｖｉｎｇ ｒａｐｉｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｉｓ ｈｏｗ ｔｏ ｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈ ｆａｕｌｔ ｂｕｓ ｆｒｏｍ ｎｅａｒ ｆａｕｌｔ ｌｉｎｅ．Ｔｈｅ ｐａｒａｌｌｅｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｂｕｓ ｓｔｉｌｌ ｎｅｅｄ ｔｏ ｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈ ｆａｕｌｔ ｆｒｏｍ ｎｏｎ－ｆａｕｌｔ ｂｕｓ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇ ｆａｕｌｔ ｆｒｏｍ ｎｏｎ—ｆａｕｌｔ ｂｕｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｒａｌｌｅｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｆｉｅｌｄｂｕｓ ｍｏｖｅｓ ｔｈｅ ｌｏｃｋｉｎｇ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｉｎｅ，ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｃｔｉｏｎ ｂｒｅａｋｅｒ’Ｓ ｐｏｗｅｒ ｏｒ ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｏ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｂａｃｋｕｐ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｌｏｃｋｉｎｇ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｉｎｅ，ｔｈｅ ｂａｃｋｕｐ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｃａｎ ｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈ ｂｅｔｗｅｅｎ ｂｕｓ ｆａｕｌｔ ａｎｄ ｌｉｎｅ ｆａｕｌｔ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｃｔｉｏｎ ｂｒｅａｋｅｒ’Ｓ ｐｏｗｅｒ ｏｒ ｃｕｒｒｅｎｔ，ｔｈｅ ｂａｃｋｕｐ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｃａｎ ｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈ ｂｅｔｗｅｅｎ ｆａｕｌｔ ａｎｄ ｎｏｎ－ｆａｕｌｔ ｂｕｓ，Ｉｔ ｃａｎ ａｃｈｉｅｖｅ ｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ ｂｕｓｂａｒ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｐｉｄｎｅｓｓ ａｎｄ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ，ａｆｔｅｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｔｅｓｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｍｉｃｒＯＤｒＯｃｅｓｓＯｒ－ｂａｓｅｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ ｂｕｓ； ｆｉｅｌｄｂＵＳ 中图分类号：ＴＭ７７ 文献标识码： Ａ 文章编号： １００３．４８９７（２００７）２ １—０００７．０３ ０引言 母线保护装设在变电所的母线上，在母线故障 时快速切除故障，满足电力系统安全运行的要求。 母线保护原理主要是采用电流差动方式，将母线上 所有出线的二次电流分相地接入到一个集中的母差 装置上，这种接线方式投资大，接线复杂。一般低 电压等级母线不设母差保护，母线故障时仅依靠变 压器的后备保护延时跳开断路器…。 由于后备保护的延时必须躲过母线上的线路保 护的动作时间，需要较长延时 ，不能快速切除母 线故障，容易烧毁母线、开关等设备。若短路的电 弧很大，时间长容易烧毁开关柜或端子箱，可能直 接导致站用直流失电，不能在本站切除故障，扩大 事故范围。若低压母线能增加一个快速保护，则能 避免上述问题，防止事故的扩大，维持电力系统的 稳定运行。 集母线上悬挂的各出线的保护动作信息，通过分析 判断和逻辑处理：若有任一线路保护动作信息，则 闭锁低压母线保护，若未收到任何线路保护动作信 息，则低压母线保护启动，判断为母线故障，快速 切除故障母线段的关联断路器，于是就保证了在母 线发生故障时能迅速找到故障点，以较小时限切除 故障，从而保证电网安全运行及供电的可靠性。 若低压侧为单母分段方式，母线处于并列运行 时，两段母线的低压母线保护在任一母线段故障时 都将收不到任何线路的保护动作信息，都将动作出 口，使继电保护失去选择性。如何区分是一母故障 还是二母故障，增强低压母线保护的选择性就变得 非常重要。 １ 并列运行时的问题 分列运行时主要考虑区分线路故障或母线故 障，线路故障时，线路保护和变压器低侧后备保护 同时感受到故障电流；母线故障时，只有变压器低 基于现场总线的低压母线保护通过现场总线收 维普资讯 http://www.cqvip.com
．８． 继电器 侧后备保护感受到故障电流。以下称线ｌ即线路ｌ 保护，后备即变压器低侧后备保护，后备、１即１＃ 变压器低侧后备保护，后备２同理。 并列运行指分段处于合位，两段母线等电位运 行。线路故障时（如图ｌ中的Ａ点），线ｌ、后备ｌ 和后备２同时感受到故障电流；母线故障时（如图 １中的Ｂ点），只有后备１和后备２感受到故障电流。 分段设置故障启动和功率方向检测元件，在故 障启动后计算功率方向，并将结果通过现场总线广 播发送，后备１和后备２根据收到分段的功率方向 结果，对比自身设置，在未收到线路的广播闭锁报 文时决定是闭锁出口，还是跳闸出口。 假设分段功率方向的正方向为ＩＩ母流向Ｉ母， 分段检测为正方向时通过现场总线广播ｌ，反方向 时广播０。这里１和０分别代表２种不同的报文。 当故障发生在Ｉ母或Ｉ母的线路上时，分段广播１； 当故障发生在ＩＩ母或ＩＩ母的线路上时，分段广播０。 以图１为例，则当Ｂ点发生故障时，分段保护 故障启动并检测方向为正方向，因此分段广播１，后 图１并列运行示意图 备１接受到分段送来的正方向，对比自身设置，判 Ｆｉｇ．１ Ａｂｒｅａｓｔ ｒｕｎｎｉｎｇ 断故障发生在本侧母线，因此启动母线快速保护出 Ａ点故障为线路故障，线１启动后发送广播闭 口，跳开＃１变压器低侧开关和分段开关，隔离故障， 锁报文，后备１、后备２收到后闭锁自身的母线速 ＩＩ母继续正常运行；相反后备２接受到分段送来的正 断，由线１切除１＃线路上的故障，Ｉ、ＩＩ母能够继 方向，对比自身设置，判断故障不在本侧母线，因 续正常运行。 此闭锁母线快速保护（为了增加可靠性，此时可以 Ｂ点故障为Ｉ母故障，线ｌ、线２、…、线 出口跳分段，使一台变压器带两段母线时也能快速 和线３、线４、…、线 不能感受到故障电流，不会 切除故障）。若Ａ点发生故障，后备１尽管接受到分 启动，不会发送广播闭锁报文，只有后备１、后备２ 段送来的正方向，判断故障发生在本侧，但线１会 和分段能感受故障电流，保护启动。后备１、后备２ 广播闭锁报文，后备１因此不会启动出口跳闸，而 和分段的配合有以下几种情况。 由线１的动作，跳开线路１的开关，切除故障。 １）并列运行时将母线速断保护退出，此时由 本方法后备１与后备２的判断逻辑有一些差异， 后备１、后备２采集分段的位置状态（也可通过压 后备１收到分段反方向报文时闭锁母线快速保护， 板人工设置），若合位为１则后备１、后备２的母线 后备２收到分段正方向报文时闭锁母线快速保护。 快速保护自动退出，由常规的后备过流保护切除故 可以通过保护装置的界面来设置这些差异。若分段 障。此方式在并列运行时没有母线快速保护，快速 保护没有故障启动，则后备１与后备２都不会闭锁， 性不好。 此时等同于分列运行方式。 ２）不区分Ｉ、ＩＩ母，同时跳开Ｉ、ＩＩ母低压开 ２．２后备判断分段的电流方向 关和分段开关。此方式的缺点是将无故障的ＩＩ母误 分段设置故障启动，故障启动后通过现场总线 切除，导致ＩＩ母上的线路失电，选择性不好。 用广播方式将三相电流的矢量传至后备１与后备２， ３）分段开关也装设快速保护，分段保护在无 后备通过判断分段电流的方向来区分是Ｉ母故障还 线路的广播闭锁报文时，快速跳开分段开关，此时 是ＩＩ母故障，并结合线路保护是否有广播闭锁报文 后备２自然返回，后备１经小延时后切除１＃变低 来决定是否出口动作。 压侧开关。这样就保证了ＩＩ母的正常运行。后备ｌ 假设分段的电流矢量为，ｆ，方向为ＩＩ母流向Ｉ 中的母线速断保护经比分段长一级的延时动作，切 母，后备１的电流矢量为，１，后备２的电流矢量为 开Ｉ母故障。此方式的缺点是后备需经一个稍长延 ，方向为流进母线。和电流和差电流的计算公式 时（一般需０．５ Ｓ）才能切除母线故障，尽管与常 如表１。 规后备保护切除母线故障的延时相比能缩短很多。 表１和电流和差电流计算公式 ４）后备依据分段保护装置通过现场总线送 １ ｂ．１ Ｔｈｅ ｆｏｒｍｕｌａ ｏｆ ｓｕｍ ｃｕｒｒｅｎｔ ａｎｄ ｆａｕｌｔ ｃｕｒｒｅｎｔ 来的功率方向或电流矢量进行计算和判断，选出故 障母线，保证动作的快速性和选择性。 ２分段的判断 ２。１分段检测功率方向 维普资讯 http://www.cqvip.com 曾院辉，等基于分段完成低压母线故障的有选择性快速保护 一９一 若 母故障， ｌ － ，ｌ２、．，ｆ 正，则有： ＞ｌ ｌ ｌ ｌ＜ｌ五。ｌ （１） （２） ，、 ３ 结论 一 继电保护采用单片微机技术后许多观念应当得 到更新，但有些基于机械型保护时代的观念仍未改 变，没有充分发挥微机保护的优势。随着网络技术 若ＩＩ母故障，，ｌ、，２为正，，ｆ为负，则有： ＞ （３） ＜ （４） 若式（１）成立，后备１判断为Ｉ母或Ｉ母线路 故障：若式（３）成立，后备２判断为ＩＩ母或ＩＩ母 线路故障。式（１）和（３）不会同时成立，所以后 备１和后备２可以分别依据式（１）和（３）进行选 择性判断。 若，ｆ为０，则等同于分列运行方式，取消对分 进入变电所自动化领域，尤其是总线技术协议中的 多ＩＤ地址特征使所内点与点的通讯成为可能。由 以上分析可知，通过现场总线完成低压侧母线快速 保护，具有较好的快速性，弥补了原后备保护动作 速度慢的缺陷，同时原理简单，经工程试验具备高 可靠性。 参考文献 ［１］赵京立，马晓黎．一种１Ｏ ｋＶ至３５ ｋＶ母线保护方案［Ｊ］． 电力系统自动化，２０００，２４（２１）：５９－６０． ＺＨＡＯ Ｊｉｎｇ—ｌｉ，ＭＡ Ｘｉａｏ—ｌｉ．１０ｋＶ ｔｏ ３５ｋＶ Ｂｕｓ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ 段电流方向的检测。若， 为０，后备１不会启动， 系统运行方式为２＃变压器带两段母线，此时，后 备２在检测出Ｉ母或Ｉ母线路故障时，应出口跳开 分段开关。 本方法后备１与后备２的和电流和差电流的计 算公式不一样。由于无需电压参与计算，简单可靠。 在母线故障尤其三相故障时，电压可能降为０，难 以检测功率方向，需采用记忆电压的方式。 广播传送分段电流矢量的方式增加了广播报文 的长度。若一路电流为４个字节，三相电流加上报 文头共需１６个字节，总共报文传送时问不大于４ ｍｓ，不影响保护的逻辑判断时间。 采用广播矢量进行方向判断时，需保证采样点 Ｓｃｈｅｍｅ［Ｊ］．Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｌｅｃ￣ｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ，２０００， ２４（２１）：５９—６０． ［２］ 潘贞存，王葵，杜世双，等．中低压母线加装专用继电 保护的必要性和几种方案的探讨［Ｊ］．电网技术，２００２， ２６（９）：７５－７７． ＰＡＮ Ｚｈｅｎ—ｃｕｎ，ＷＡＮＧ Ｋｕｉ，ＤＵ Ｓｈｉ—ｓｈｕａｎｇ，ｅｔ ａ１．Ｏｎ Ｎｅｃｅｓｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｑｕｉｐｐｉｎｇ Ｄｅｄｉｃａｔｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ ｔｏ Ｂｕｓｂａｒ ｉｎ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎｄ Ｓｅｖｅｒａｌ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇ Ｐｒｏｊｅｃｔｓ［Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２００２．２６（９）：７５—７７． 的同步。ＧＰＳ对时信号（广播校时也可以）将采样 点同步，一般置为０，以后每次采样加１，分段保护 装置计算电流矢量后广播传送时将采样点也送出 来。后备保护接受后寻找相同采样点计算本侧电流 矢量，然后计算和电流和差电流，进行故障的选择 性判断。 收稿日期：２００７－０２－０９ 作者简介： 曾院辉（１ ９６８一），男，硕士，从事变电站综合自动化 领域的研究与技术开发；Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｅｎｇｙｈ＠ｓｚｎａｒｉ．ｃｏｍ 刘丁（１ ９７８一），女，工程师，从事变电站综合自动 化领域的研究与技术开发。 中国首台国产特大水电机组实现连续百日安全运行 新华网宜昌１ ０月１ ７日电截至１ ７日１ ０时５ １分，三峡工程首台７ ０万千瓦水轮发电机组一一２ ６号机组顺利实 现“首稳百日”目标，机组运行稳定可靠，这标志着世界上单机容量最大的水电机组在中国成功实现国产。 三峡电厂厂长马振波介绍说，投产１ ０ ０天以来，２ ６号机组主设备运行正常，振动、摆度、温度、压力脉动等技术指 标均达设计要求，期间未发生大的故障，机组出力顺利，达到７ ０万千瓦，最大出力达到了７ ５．６万千瓦。 中国工程院院士梁维燕评价说：“２ ６号机组通过‘首稳百日’的严格考验，标志着世界最大的水电机组国产成功，这 是中国实行重大技术装备‘引进、消化、吸收、再创新’战略的典型案例。” 三峡工程共装设３ ２台７ ０万千瓦机组，这是当今世界最大的水电机组，此前，中国只有设计、制造３ ２万千瓦水电机 组的能力。 目前，三峡工程已有１ ７台机组投产发电，投产总装机容量达到１ １ ９ ０万千瓦，发电能力居全国水电站首位。至１ ０ 月１ ７日，三峡电站累计发电约１ ９ ６ ０亿千瓦时。
